Hallo,
ich habe in einem selbst gebauten Modellboot einen 6V Motor verbaut und
steuere diesen über die Schaltung (siehe Bild) per PWM an. Da die
Spannungsversorgungen vom Motor (4,8V) und vom µC (3,3V) recht niedrig
sind, kann ich keinen meiner MOSFETs verwenden, da ich keinen besitze,
der eine ausreichend niedrige GS-Schwellspannung für die 2..4A vom Motor
hat. Deshalb habe ich eine Darlingtonschaltung gebaut (rechts im
Schaltplan) und den BD243 mit einen Kühlkörper versehen.
Jetzt ist es aber so, dass der Kühlkörper schon nach kurzer Fahrtzeit so
heiß wird, dass man sich daran die Finger verbrennt. Woran kann das
liegen? Ist der BD243 einfach überhaupt nicht für sowas geeignet (was
besseres habe ich leider zur Zeit nicht), oder stimmt was mit der
Schaltung nicht?
Ich habe die Darlingtonstufe mal unter vereinfachten Bedingungen mit
LTSpice simuliert, wobei ich den Motor durch einen 1Ω Widerstand ersetzt
habe. PWM-Frequenz ist ca. 1kHz. Selbst in diesem "Worst-case" kommt es
in der Simulation nur zu einer durchschnittlichen Verlustleistung von
2W.
Da leider alles schon verbaut ist, kann ich auch nicht viel mehr ändern,
außer die PWM-Frequenz zu erhöhen und zu hoffen, dass die Reaktanz von
der Motorinduktivität damit steigt, aber große Hoffnungen mache ich mir
nicht. Außerdem sinkt damit die Reaktanz vom Entstörkondensator (100nF).
Der Darlington hat ca. 1V Spannugnsabfall, mal 4A macht satte 4W
Verlustleistung bei 100% Tastverhältnis. Ob man einen Kühlkörper
noch anfassen kann oder nicht ist egal, die TEMPERATUR ist entscheidend.
80°C sind kein Problem für den Transistor, nur für deinen Finger.
D1 ist für PWM ungeeignet. Da muss eine schnelle Diode her, z.b. eine
Schottky 1N5818, siehe
https://www.mikrocontroller.net/articles/Dioden-%C3%9Cbersicht
1kHz ist schon recht viel, geh mal lieber runter. Wenn man einen Motor
mit PWM ansteuert, darf der KEINE Entstörkondensatoren direkt am Motor
haben! Denn die würden durch die PWM regelmäßig kurzgeschlossen!
1) Eventuell T1 weiter aufsteuern, dazu den Kollektor von Q2 über einen
Vorwiderstand direkt an VPOWER legen.
Leider wird dann T1 langsamer, je nach Sättigung.
Oder:
2) Den Emitter von Q2 direkt an GND, Ansteuerung der BBasis über einen
vergrösserten R5.
Den Kollektor über 330 Ohm (?) an VPOWER legen und von diesem Kollektor
aus einen MOSFET mit niedriger U(GS) steuern.
Nachteil: Die Schaltfunktion ist dann invertiert.
Vorteil: Je nach MOSFET kann der Motor dann mehr Spannung bekommen.
Der Widerstand R6 ist mit 10K auch viel zu hochohmig zum schnellen
Sperren des BD243, und langsames Sperren bedeutet Verluste. Setze dort
was im Bereich von 220R...680R ein.
Danke erstmal für die Hinweise. Da wie gesagt schon alles verbaut ist,
habe ich erst mal versucht weiter zu simulieren und die von euch
vorgeschlagenen Dinge zu untersuchen.
Bei der Induktivität für die Wicklungen war ich mir nicht sicher, da
habe ich gar kein Gefühl in welchen Dimensionen man sich da bewegt. Und
LTSpice hatte keinen BD243, darum habe ich einen ähnlichen (?)
Transistor genommen.
@Falk: (Bild 1): Ich habe die Simulation mit und ohne Entstörkondensator
laufen lassen und habe kaum Unterschiede feststellen können, in beiden
Fällen wären es grad einmal 600mW bei 50% duty cycle.
@Norbert: (Bild 2): Wenn ich keinen gemeinsamen Kollektor benutze, muss
ich den von dir vorgeschlagenen Widerstand extrem klein wählen und
selbst dann ist die Kollektorspannung vom Leistungstransistor größer als
bei der Variante mit gemeinsamen Kollektor, also bliebe ja weniger für
den Motor.
@U. B.: 1) siehe Norbert, 2) Ja, wenn ich einen solchen MOSFET hätte,
wäre sowieso vieles einfacher ;-) Bei der nächsten Bestellung kommt ein
IRLZ34N auf die Liste.
@ArnoR: probiere ich gleich mal
Verringern von dem 10k Widerstand bringt laut Simulation auch kaum was
:(. Scheint so, dass ich da doch nochmal eine reale Schaltung aufbauen
und testen sollte.
Niklas schrieb:
>Da wie gesagt schon alles verbaut ist,>habe ich erst mal versucht weiter zu simulieren und die von euch>vorgeschlagenen Dinge zu untersuchen.>Scheint so, dass ich da doch nochmal eine reale Schaltung aufbauen>und testen sollte.
Ich denke, es ist schon alles verbaut? Hast Du die Simulation auf
einer simulierten Platine?
Ich kann die Darlingtonschaltung nachbauen, die gleichen Teile habe
ich nochmal, das meinte ich damit ;). Nur den Motor da wieder
dranzubauen wird nicht zu 100% "gleich", da ich über Krokoklemmen an das
Steckbord müsste und die dazugehörigen Kontakt- und Leitungswiderstände
verändern natürlich die Ergebnisse.
Aber mal was anderes: im Datenblatt des BD243 steht eine
Kollektor-Emitter Sättigungsspannung bei IC = 6A; IB = 1A von 1,5V.
Bedeutet dass, er kann einfach gar nicht weiter durchschalten, egal wie
weit ich die Schaltung optimiere? Darum war ja auch der Titel des Themas
eine Frage nach dem Bauteil.
Ach verdammt bin ich blöd >.< Natürlich kann da nur Grütze passieren,
wenn Q2 am Kollektor von T1 hängt, da hattet ihr schon recht. Wenn T1
leitet, gräbt er sich ja selber seinen Basisstrom weg, weil Q2 in dieser
Form als eine art gesteuerte Spannungsrückkopplung fungiert. Die
Schaltung hat einfach gar keinen Sinn gemacht :D
Boot-Schaltplan.png
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Boot-Elektronik.jpg
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